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Massenträgheitsantrieb - Dokument DE3604406A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3604406A1 13.08.1987
Titel Massenträgheitsantrieb
Anmelder Krumpholz, Ingo, 4047 Dormagen, DE
Erfinder Krumpholz, Ingo, 4047 Dormagen, DE
DE-Anmeldedatum 12.02.1986
DE-Aktenzeichen 3604406
Offenlegungstag 13.08.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.08.1987
IPC-Hauptklasse F03G 7/08

Beschreibung[de]
Angaben zur Gattung:

Der Massenträgheitsantrieb, dient der Änderung des Bewegungsimpulses eines beliebigen Massesystems. Stand der Technik:

Um nach dem Rückstoßprinzip arbeiten zu können, muß mit steigender Geschwindigkeit ein erheblicher technischer Aufwand betrieben werden. Besteht keine Möglichkeit mehr auf die Umwelt einzuwirken, muß das zu bewegende System ständig Masse abstoßen, um eine Impulsänderung zu erzielen. Dies bedingt in der Raketentechnik riesige Startmassen und schließt die Anwendung rationeller Energiequellen, wie z. B. Atomenergie aus. Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bewegungsimpuls zu ändern, ohne dabei auf das Rückstoßprinzip angewiesen zu sein.

Erzielbare Vorteile:

Die Vorteile des Systems bestehen darin;

  • - daß es einen Bewegungsimpuls ändern kann, ohne dabei auf die Umwelt einwirken zu müssen oder an Masse zu verlieren, durch direkte Nutzung von Massenträgheitskräften, in der Regel Fliehkräften, zur Impulsänderung des Systems
  • - daß die Impulsänderung nur abhängig ist, von der Größe der wirkenden Massenträgheitskraft und nicht von der Eigengeschwindigkeit des Systems.


Patentansprüche: Oberbegriff:

Massenträgheitsantrieb zur Änderung des Bewegungsimpulses eines Systems.

Kennzeichnender Teil:

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein in sich geschlossenes System den Beschleunigungsimpuls dadurch erzeugt, daß es Massen so auf einer Kreisbahn bewegt, daß die dabei auftretenden Massenträgheitskräfte zu einer Beschleunigung des Gesamtsystems führen.

Allgemeine Grundlagen:

Wird ein Körper auf einer Kreisbahn bewegt, so tritt als Spezialfall der Massenträgheitskraft eine Fliehkraft auf. Davon ausgehend, daß Aktionskraft = Reaktionskraft ist, ergibt sich die Notwendigkeit des Vorhandenseins eines zweiten Körpers, der die Kreisbahn erzwingt. Die Fliehkraft wirkt zwischen dem im Zentrum der Kreisbahn befindlichen Körper und dem sich auf der Kreisbahn bewegenden Körper.

Betrachtet man die Wirkung der Fliehkraft auf den im Zentrum befindlichen Körper in einem differentiell kleinen Zeitabschnitt, kann man feststellen, daß sich der im Zentrum befindliche Körper, wie beim Stoß, entlang der Wirkungslinie der Fliehkraft bewegen muß.

Nach Newton gilt für die Bewegung in einem Schwerefeld

(träge Masse) × (Beschleunigung) = (Intensität des Schwerefeldes) × (schwere Masse).

Eine von E. Mach entwickelte Theorie besagt, daß die Trägheit ebenso wie die Gravitation auf einer Wechselwirkung der Körper beruht und die Trägheit auf einer Wechselwirkung der Materie. A. Einstein führt im Rahmen der Grundlagen der Relativitätstheorie dazu aus, daß im Sinne des Machschen Gedankens erwartet werden darf, daß ein Körper eine beschleunigende Kraft erfahren muß, wenn man Massen in seiner Umgebung beschleunigt.

Es darf davon ausgegangen werden, daß die Newtonsche Bewegungsgleichung bereits dann Gültigkeit hat, wenn nur das Schwerefeld von zwei einander bedingenden Körpern vorhanden ist. Das Schwerefeld von in der Umgebung gelagerten ponderablen Massen hat auf das Masseverhältnis, welches die Rückwirkung eines Körpers auf den Anderen bestimmt, keinen Einfluß. Entscheidend für die Rückwirkung der Kräfte, ist der Kopplungsgrad der Körper.

Im folgenden Beitrag wird ein Verfahren beschrieben, welches es ermöglicht, diesen Sachverhalt dahingehend auszunutzen, daß zwei miteinander gekoppelte Massesysteme ihren Bewegungsimpuls gemeinsam in die gleiche Richtung verändern, ohne dabei auf die Umwelt einwirken zu müssen.

Technische Lösung:

Zwei zueinander frei bewegliche Massesysteme 2 und 3 bilden ein Gesamtmassesystem 1 (Fig. 1), welches in der Lage ist, seinen Bewegungsimpuls ohne Einwirkung auf die Umwelt zu ändern. Das Massesystem 2 stellt dabei das zu bewegende Nutzfahrzeug dar und das Massesystem 3 (Fig. 2), daß den erforderlichen Antriebsimpuls erzeugende Antriebsaggregat. Das Massesytem 3 besteht aus rotationssymetrischen Scheiben und einer Antriebseinheit, welche die Scheiben in eine gegenläufige Rotationsbewegung um den Körperschwerpunkt versetzt. Dadurch hebt sich das aus der Beschleunigung resultierende rechts- und linksdrehende Moment auf, sodaß sich aus der Beschleunigung der Scheiben keine Rückwirkung auf das Massesystem 2 ergibt. Werden die Scheiben nun plötzlich im Punkt C gegeneinander festgehalten, so werden sie infolge der Massenträgheit eine Bewegung nach Fig. 4 ausführen, wenn sie gleichzeitig noch in der Achse C-C festgehalten werden. Die Scheiben rotieren in der Achse C-C um den Punkt C. Als Folge davon treten im Punkt C tangential zum Scheibenumfang Beschleunigungskräfte auf, die sich dadurch aufheben, daß sie bei gleichem Betrag und entgegengesetzter Richtung in einem Punkt angreifen. Als weitere Kraft tritt als Folge der Rotationsbewegung der Scheiben um die Achse C-C eine darauf einwirkende Fliehkraft auf. Da die Achse C-C fest mit dem Gehäuse verbunden ist, bewirkt die Fliehkraft eine Beschleunigung des Gesamtsystems.

Fz = m rω2.

Die Eigengeschwindigkeit, die das Gesamtsystem bereits hat, ist ohne Bedeutung für die Dauer und Größe der Fliehkraft. Damit eine gerichtete Fortbewegung erfolgt, werden die Scheiben nur solange festgehalten, bis sie sich vom Punkt A zum Punkt B bzw. von B nach A bewegt haben. Haben sie diesen Punkt erreicht, werden sie losgelassen, damit sie wieder um ihren Schwerpunkt rotieren können. In dieser Phase hat das Massesystem 3 die gleiche Geschwindigkeit, wie das Gesamtmassesystem. Es ist damit in der Lage, erneut einen Kraftimpuls abzugeben. Zuvor müssen die Scheiben jedoch in die Ausgangslage zurückgebracht werden. Hierzu bieten sich zwei Möglichkeiten an. Es besteht die Möglichkeit, die Drehrichtung umzukehren, wodurch sich die Scheiben nach Wiederholung des zuvor beschriebenen Ablaufs wieder in der Ausgangslage befinden. Eine andere Variante besteht darin, die Scheiben an ihren Achsen linear gegeneinander in die Ausgangslage zurückzuziehen. Die dabei auftretenden Kräfte haben wiederum keinen Einfluß auf das Massesystem 2.

Betrachtet man die Wirkung der Kräfte, nachdem das Massesystem 2 und 3 wieder die Ausgangslage zueinander eingenommen hat, kann man feststellen, daß sich mit Ausnahme der Fliehkraft alle Kraftwirkungen aufheben, die bei der Energiezufuhr und der Rückführung des Antriebssystems in die Ausgangslage auftreten. Übrig bleibt die Fliehkraft, die dem Gesamtsystem einen Beschleunigungsimpuls erteilt. Da nach Ablauf eines Arbeitsspieles das Massesystem 2 und 3 wieder zueinander die Ausgangslage eingenommen hat, kann man den Vorgang beliebig oft wiederholen und damit dem Gesamtsystem kontinuierlich einen Beschleunigungsimpuls erteilen.

An dieser Stelle ist anzumerken, daß das System bewußt Massenträgheitsantrieb und nicht Fliehkraftantrieb genannt wurde. Wie bereits beschrieben, treten als Folge der Massenträgheit, in dem Moment wo die Scheibe an ihrem Umfang festgehalten wird, zwei rechtwinklig zueinander wirkende Kräfte auf. Für das Funktionsprinzip des Massenträgheitsantriebes ist es gleichgültig, welche der beiden Kräfte zur Impulsänderung genutzt wird. Soll nicht die Fliehkraft, sondern die tangential zum Umfang wirkende Beschleunigungskraft zur Impulsänderung genutzt werden, so sind die Lagerungsbedingungen sinngemäß so zu verändern, daß sich die Fliehkräfte aufheben und die Beschleunigungskräfte dem Massesystem 2 den gewünschten Impuls erteilen. In den Fällen, wo es möglich ist, vom Antrieb herrührende Reaktionskräfte durch Einwirkung auf die Umwelt zu kompensieren oder zur Impulsänderung zu nutzen, kann darauf verzichtet werden, die Scheiben Paarweise anzuordnen. Mit dem vorgestellten Beispiel soll lediglich demonstriert werden, daß es grundsätzlich möglich ist, den Bewegungsimpuls eines geschlossenen Systems ohne Rückwirkung auf die Umwelt zu ändern.

Für die praktische Anwendung des vorgeschlagenen Wirkprinzips ergeben sich technisch die vielfältigsten Möglichkeiten. Im einfachsten Fall bietet es sich an, den Rotor eines Elektromotos nach dem vorgeschlagenen Prinzip zu lagern und damit ohne weitere Übertragungselemente ein Vortriebsmoment zu erzeugen. Für den Antrieb und die Lagerung der Kreisscheiben eignen sich alle bekannten mechanischen, magnetischen, hydraulischen und pneumatischen Verfahren, sowie deren Kombinationen. Je nach verwendeter technischer Lösung, muß für den Moment, in dem die Scheiben auf ihrer Umlaufbahn umgelenkt werden, ein Dämpfungsmechanismus vorgesehen werden, der die Materialspannungen auf erträgliche Werte begrenzt.

Der Patentanspruch bezieht sich auf den Schutz von Verfahren, die es ermöglichen, zwei Massesysteme die in gegenseitiger Wechselwirkung stehen, gemeinsam durch Massenträgheitskräfte zu beschleunigen, ohne daß dabei der Vortriebsimpuls auf in der Umgebung befindliche Massesysteme einwirken muß oder das Gesamtsystem an Masse verliert. Erläuterung zur Darstellung der Kräfte

Für die um ihre Schwerachse rotierenden Scheiben nach Fig. 3 gilt,

Bei Vernachlässigung der Reibung, ergibt sich aus der Rotation der Scheiben, keine Rückwirkung auf die Grundplatte, auf der die Scheiben rotieren. Die um den Körperschwerpunkt wirkenden Kräfte heben sich auf.

Werden die Scheiben an ihrem Umfang, in der Achse C-C, festgehalten, ändert sich die Situation. Die Fliehkräfte heben sich nicht mehr auf. Nach dem Satz von Steiner wird

J = Js + m a2.

Als Folge der erzwungenen Bahnänderung treten tangential zum Scheibenumfang Beschleunigungskräfte auf. Diese Kräfte heben sich jedoch auf, wenn die entgegengesetzt rotierenden Scheiben in einer gemeinsamen Ebene gegeneinander blockiert werden. Als Folge der radialen Beschleunigung der Scheiben um den Punkt C, wirkt auf diesen eine beschleunigende Kraft.

ar = rω2,

Fz = m ar.

Die Wirkung der Kräfte ist aus Fig. 1, 2, 4 zu ersehen. Für Fig. 1 gilt:

Fz = m r2; FzRes = 2 Fz cos

Für Fig. 2 gilt:

MR = ML = 0.

Für Fig. 4 gilt:

atLinks = atRechts = 0.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine technisch leichter zu realisierende Lösung, des zuvor beschriebenen Wirkprinzips. Mit dieser Darstellung soll gezeigt werden, daß sich für das, im kennzeichnenden Teil der Patentanmeldung, beschriebene Wirkprinzip, die vielfältigsten Anwendungsmöglichkeiten ergeben.


Anspruch[de]
  1. Oberbegriff

    Massenträgheitsantrieb zur Änderung des Bewegungsimpulses eines Systems.
  2. Kennzeichnender Teil:

    Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein in sich geschlossenes System den Beschleunigungsimpuls dadurch erzeugt, daß es Massen so auf einer Kreisbahn bewegt, daß die dabei auftretenden Massenträgheitskräfte zu einer Beschleunigung des Gesamtsystems führen.






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